Найти тему
EverCare

Как банный лист: инновационные пластыри выводят заботу о здоровье на новый уровень

Оглавление

Ассортимент пластырей в аптеках постоянно растет. И дело не во внешнем виде и размере, а в функционале липучек. Одни помогают бросить курить, другие — планировать беременность, третьи — заснуть. Не за горами тот день, когда в одной крохотной наклейке будет умещаться мини-лаборатория. Над этим работают сотни научных коллективов во всем мире.

Умный инсулиновый пластырь

Над созданием умных инсулиновых пластырей трудится несколько десятков стартапов и научных коллективов.

-2

Об очередной разработке в журнале Nature Biomedical Engineering недавно рассказали биоинженеры Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и их коллеги из Медицинской школы UNC и Массачусетского технологического института.

Свою наклейку они испытали пока что на мышах и свиньях и готовятся подать заявку в FDA для получения разрешения на клинические испытания на людях.

Их пластырь для лечения диабета контролирует уровень сахара в крови и содержит дозы инсулина, предварительно загруженные в крошечные микроиглы длиной менее одного миллиметра, которые быстро доставляют лекарство, когда уровень сахара в крови достигает определенного порога. Когда уровень сахара в крови возвращается к норме, доставка инсулина пластырем замедляется. Исследователи заявили, что преимущество заключается в том, что это может помочь предотвратить передозировку инсулина, которая может привести к гипогликемии, судорогам, коме и даже смерти.

Микроиглы, используемые в пластыре, изготовлены из чувствительного к глюкозе полимера, который инкапсулирован инсулином. После нанесения на кожу микроиглы проникают под кожу и могут определять уровень сахара в крови. Если уровень глюкозы повышается, полимер активируется для высвобождения инсулина.

Каждая микроигла меньше обычной иглы, используемой для взятия крови, и проникает не так глубоко (примерно на полмиллиметра), поэтому пластырь менее болезнен, чем укол булавкой.

Команда предполагает, что умный пластырь с микроиглами может быть адаптирован для использования различных лекарств для лечения разных заболеваний.

Но пока одни только планируют начать клинические испытания, другие — уже вовсю продают аналогичные пластыри. Об опыте использования одной из таких систем мониторинга уровня глюкозы FreeStyle Libre наш портал рассказывал в прошлом месяце.

Монитор сердечного ритма

Исследователи Samsung разрабатывают кожный пластырь для мониторинга сердечного ритма. Они смогли интегрировать растягивающийся органический светодиодный дисплей (OLED) и датчик фотоплетизмографии (PPG) в одно устройство для измерения и отображения частоты сердечных сокращений пользователя в режиме реального времени. Исследователи смогли протестировать прототип кожного пластыря, прикрепив его к внутренней части запястья пользователя рядом с лучевой артерией, где обычно проверяется пульс. Основываясь на их выводах, опубликованных в журнале Science Advances, движение запястья не привело к снижению производительности при нормальной работе решения, даже если оно было удлинено до 30%.

-3

Также было обнаружено, что датчик и OLED-дисплей «продолжали стабильно работать» даже после того, как их растянули тысячу раз.

Исследователи выбрали эластомер, материал с резиноподобными свойствами, вместо обычного пластикового материала. Но поскольку эластомерный материал уязвим к нагреву, команда усилила термическую и химическую стойкость дисплея.

«Сила этой технологии в том, что она позволяет вам измерять свои биометрические данные в течение более длительного периода без необходимости удалять раствор, когда вы спите или занимаетесь спортом, поскольку пластырь ощущается как часть вашей кожи», — говорит главный исследователь и автор проекта Янджун Юн.

По его словам, технология может быть применена в носимых медицинских изделиях для взрослых, детей и младенцев.

«Наши исследования все еще находятся на ранних стадиях, но наша цель состоит в том, чтобы реализовать и коммерциализировать растяжимые устройства за счет повышения разрешения системы, растяжимости и точности измерений до уровня, который делает возможным массовое производство», — констатировал соавтор исследования Джон Вон Чунг.

Наклейка-алкометр

Инженеры Калифорнийского университета в Сан-Диего разработали мягкий эластичный пластырь для кожи, который можно носить на шее, чтобы непрерывно отслеживать кровяное давление и частоту сердечных сокращений при измерении уровня глюкозы, а также лактата, алкоголя или кофеина. Это первое носимое устройство, которое одновременно контролирует сердечно-сосудистые сигналы и несколько биохимических уровней в организме человека. «Этот тип носимых устройств был бы очень полезен для людей с основными заболеваниями, чтобы регулярно следить за своим здоровьем, — убежден соавтор исследования Лу Инь. — Это также могло бы стать отличным инструментом для удаленного мониторинга пациентов, особенно во время пандемии COVID-19, когда люди сводят к минимуму личные визиты в клинику».

Наклейка также может быть использована для выявления начала сепсиса, который характеризуется внезапным падением кровяного давления, сопровождающимся быстрым повышением уровня лактата. Она может стать удобной альтернативой для пациентов в отделениях интенсивной терапии, включая младенцев, которым необходим постоянный мониторинг артериального давления и других жизненно важных показателей. В настоящее время эти процедуры включают в себя введение катетеров глубоко в артерии и «привязывание» пациентов к нескольким больничным мониторам.

«Новизна здесь в том, что мы берем совершенно разные датчики и объединяем их вместе на одной небольшой платформе размером с марку, — поясняет профессор наноинженерии в Калифорнийском университете в Сан-Диего и соавтор исследования Джозеф Ван. — Мы можем собрать так много информации с помощью этого носимого устройства и сделать это неинвазивным способом, не вызывая дискомфорта или прерывания повседневной деятельности».

-4

Датчик артериального давления расположен в центре пластыря, говорится в статье исследователей, опубликованной в журнале Nature Biomedical Engineering. Он состоит из набора небольших ультразвуковых преобразователей, которые «приварены» к пластырю проводящими чернилами. Напряжение, приложенное к преобразователям, заставляет их посылать ультразвуковые волны в организм. Когда ультразвуковые волны отражаются от артерии, датчик обнаруживает эхо-сигналы и преобразует их в показания АД.

Химические датчики представляют собой два электрода, которые напечатаны на пластыре с помощью проводящих чернил. Электрод, который улавливает лактат, кофеин и алкоголь, напечатан на правой стороне пластыря; он работает, высвобождая препарат под названием пилокарпин в кожу, чтобы вызвать потоотделение и обнаружить химические вещества в поте. Другой электрод, который воспринимает глюкозу, напечатан на левой стороне; он работает, пропуская слабый электрический ток через кожу, чтобы высвободить интерстициальную жидкость, и измеряя содержание глюкозы в этой жидкости.

Исследователи были заинтересованы в измерении этих конкретных биомаркеров, потому что они влияют на кровяное давление.

«Допустим, вы контролируете свое кровяное давление, видите всплески в течение дня и думаете, что что-то не так. Но анализ биомаркеров может сказать вам, были ли эти всплески вызваны употреблением алкоголя или кофеина. Наша комбинация датчиков может дать вам такую информацию», — подытоживает Джозеф Ван.

Команда уже работает над новой версией пластыря, в которой будет еще больше датчиков.

Невидимая защита

Патч Gx компании Epicore Biosystems предназначен для «сбора» пота. Идея состоит в том, что если вы знаете, как вы потеете во время интенсивных тренировок, вы можете лучше понять, как восстановиться и подготовиться к следующей тренировке. Пластырь нужно носить на внутренней стороне левой руки, на несколько дюймов выше локтевой складки, от 30 до 120 минут. Необходимо хорошенько пропотеть, чтобы пластырь мог «пропитаться» потом и смешать его с пищевым красителем. Оранжевый цвет — индикатор скорости потоотделения, а фиолетовый — потери натрия. При помощи камеры телефона следует сосканировать патч, чтобы передать данные в сопутствующее приложение Gatorade Gx, где они будут проанализированы, чтобы предложить пользователю индивидуальные рекомендации.  Приложение пока доступно только для iPhone и лишь в США.

-5

Энергия движения

Ученые из Университета Осаки в сотрудничестве с JOANNEUM RESEARCH (Вайц, Австрия) представили патчи для беспроводного мониторинга состояния здоровья, в которых используются встроенные пьезоэлектрические наногенераторы для питания собранной биомеханической энергией. Эта работа может привести к созданию новых автономных датчиков состояния здоровья, а также носимых электронных устройств без батарей. По мере того как носимые технологии и интеллектуальные датчики становятся все более популярными, проблема обеспечения питанием всех этих устройств становится актуальнее. В то время как энергетические затраты каждого компонента могут быть скромными, необходимость в проводах или даже батареях создает неудобства. Вот почему необходимы новые методы сбора энергии, что поможет ускорить внедрение технологии в кабинетах врачей.

-6

Команда исследователей из Японии и Австрии изобрела новые сверхгибкие пластыри с сегнетоэлектрическим полимером, которые могут не только измерять пульс и кровяное давление пациента, но и питаться от обычных движений.

Авторы подсчитали, что многослойные пластыри могут собирать до 200 миллиджоулей в день от биомеханических движений, если их наносить на суставы, такие как колени или локти. Этого достаточно для мониторинга сердечно-сосудистых показателей несколько раз в день. И пластыри настолько тонкие, что они едва заметны, что важно для многих пациентов.

Патч с вакциной

Весьма популярна идея создания вакцин в форме пластыря. Главная сложность в том, чтобы сделать иглы маленькими. Настолько маленькими, чтобы они не взаимодействовали с нервными окончаниями, чтобы прививка была максимально безболезненной.

-7

Директор Центра разработки, разработки и доставки лекарств в технологическом институте Джорджии Марк Праусниц до сих пор занимался разработкой патч-вакцины от гриппа и кори, но эта технология может быть использована и для иммунобиологического препарата против COVID-19.

Праусниц говорит, что пластырь с микроиглами является «ответвлением» индустрии компьютерных чипов. Чипмейкеры действительно преуспели в создании крошечных структур из кремния.

«Они становились все меньше и меньше и в конце концов достигли микронного масштаба, что нам и нужно для изготовления пластырей с микроиглами», — рассказывает Праусниц. Эти крошечные иглы теперь часто изготавливаются из водорастворимых материалов, поэтому, как только они попадают в вашу кожу, они растворяются, высвобождая все, что вы в них упаковали.

Патч-вакцины просты в использовании, пациент может прививаться без помощи медперсонала. К тому же они термостабильны, что значительно облегчило бы доставку вакцин в отдаленные места.

Доцент инженерного факультета Университета Коннектикута Тхань Д. Нгуен ищет способ еще больше упростить доставку вакцин. Он сделал пластырь, который может доставлять несколько доз вакцины с интервалом в несколько дней или недель с одним применением. Хитрость заключается в том, чтобы ввести вакцину в иглы, которые растворяются с разной скоростью.

«Пациенту не нужно было бы запоминать график вакцинации, — говорит Нгуен. — Ему не нужно было бы получать еще один пластырь для введения второй дозы».

Мужская сила

Компания Morari Medical из Миннесоты придумала пластырь для лечения мужской сексуальной дисфункции. Это носимый пластырь-нейростимулятор, который наносится на промежность и активируется с помощью беспроводного устройства Bluetooth. Электрические сигналы от пластыря замедляют передачу нервных импульсов, которые могут вызвать преждевременную эякуляцию.

-8

Пластырь для промежности, по понятным причинам, является одноразовым устройством. Разработчики надеются, что их устройство появится на рынке в 2021 году. Стоимость одного пластыря составит 25 долларов. Хотя выглядит патч довольно угрожающе и кажется, что его снятие будет сопровождаться эпиляцией нежной зоны тела, на самом деле в медицинском изделии не используется клей. К промежности пластырь крепится при помощи геля, который также служит проводником.

Екатерина Погонцева